5. Аналогты кф-блоктарының жобалану ерекшеліктері

Аналогты блоктарды жобалаудың бағдары.

Қандай блоктар аналогты деп саналатыны анықтап алайық. Біз аналогты блоктар деп - ақпараттар аналогты түрде (кернеу, ток, импульстердің ұзақтығы және т.б.) көрсететін, сонымен қатар импульсті сигналдармен аналогты операциялардың (деңгейлері бойынша салыстыру, импульстік параметрлерді басқару, кешігуі басқару және т.б.) орындалуын қамтамасыз ететін блоктарды айтамыз. Соған сәйкес, электр сигналдардың параметрлері берілген жұмыс диапазонында кез-келген өлшемде бола алады.

Аналогты блоктар қосымша функцияларды атқаратын сандық түйіндерді де қоса алады, бірақ блоктың мақсатты функционалды параметрлерін аналогты сигналдар анықтайды.

Аналогты сұлбаларды жобалау әдіснамасы бірнеше онжылдықтың көлемінде дамып келе жатқанмен, осы уақытқа дейін құрылымның сөзсіз жетістікке жетуіне кепілдік бере алмайды. Жобаның табысқа жетуінде құрастырушының тәжірибесі мен шеберлігі маңызды рол атқарады. Аналогты блоктардың жобалауында негізгі мәселелері қандай да бір функцияның жүзеге асырылуына байланысты емес, қажетті құрылғы параметрлерінің жетістіктеріне тәуелді.

Құрылғының параметрлері біріншіден, қолданылып жатқан жартылай өткізгіш құралдарының сипаттамаларына байланысты, яғни микросұлбаны дайындаудың технологиялық үрдістеріне тәуелді. КМОП-микросұлбасының заманауи технологиясы элементтердің өлшемдерін кемітуге, жедел әрект етуін арттыруға, транзистордың ішкі кедергілерін төмендету бағыттарыгың аясында дамып келеді. Дегенмен, бұл даму жұмыс кернеуі мен транзистордың күшейту коэффициенттерінің төмендеуімен қатар жүреді. Аалогты КФ-блоктарының параметрлері қолданылатын тезнологиялық үрдістермен тура байланысатындықтан, оларды бір техүрдістен екіншісіне ауыстыру мүмкін емес. Сондықтан аналогты КФ-блоктарын жасаушы мамандар технологияны таңдау мүмкіндігіне қол жеткізе алмайды. Техүрдіс кристалдағы жүйелер үшін таңдалады.

КЖ үшін техүрдістерді таңдау ережесі қалыптасқан, олардың құрамына аналогты блоктар кіреді. Бұл блоктар үшін қымбат, арнайы үлгіге арналған КМОП-техүрдістер қолданылады. Онда қосымша жоғары омдық резисторлар, металл – диэлектрик – металл (МДМ) құрылымды конденсаторлар, индукторлар, биполярлы диодтар қалыптасқан. Бұл техүрдісте көбінде төменгі омдық астарлы эпитаксиалды құрылымдар мен аналогты және сандық блоктар үшін әр түрлі жобалық нормалар қолданылады. Заманауи КМОП-технологияларының артықшылықтарын тиімді қолданып, кемшіліктерін азайту үшін, жалпы ережелерге бағыну қажет.

Біріншіден, егер қажет функцияны сандық блоктар түрінде жүзеге асыру мүмкіндігі болса, онда сандық нұсқаларды таңдау керек. Екіншіден, аналогты блоктардың жедел әрекет етуін төмендету қажет жағдайларда, оны міндетті түрде орындау қажет. Үшіншіден, пассивті элементтерді: конденсаторларды, индукторларды, экрандарды, резисторларды кристалда орналасу аймағының көлемін кішірейтуге болмайды. Ереже бойынша, аналогты КФ - блоктарының аймағы пассивті элементтердің аймағымен анықталады.

Аналогты блоктардың жедел әрекетінің шекті мәні оның жұмыс атқаруын бұзбайды, ол жіберілген ақпараттың шекті шамасын артуын сигналдың/шудың азаюы арасындағы ара-қатынасты көрсетеді. Сондықтан жедел әрекет етуді анықтаудың бастапқы рөлі ақпаратты алгоритмдік жөндеу мен қателіктерді түзету болып табылады. Заманауи радиоарналар арқылы таратылатын ақпаратты түзету тәсілдері бірнеше пайыз дәрежесіндегі сандық кодтарды таратудағы қателіктерді түзетуге мүмкіндік береді. Аналогты блоктарды жобалаудағы басты мәселе сигналда бөгеттердің болуымен және транзистор параметрлерінің шашыраңқы орналасуымен байланысты. Жалпы алғанда бөгеттер мен шашыраңқылықты азайтудың тәсілдері белгілі. Алайда, тұрақсыздандыру факторларын есепке алғанда нақты параметрлердің сұлбасын анықтау өте қиын шешім болып табылады.  Аналогты блокты верификациялау – оны өңдеуден қарағанда анағұрлым киын мәселе болып табылады. Көп жағдайда өңдеушілер күшейту мен жедел әрекет етумен шектеледі. Бөгеттің дәрежесі мен транзистор параметрлерінің шашылуын жеке тұрғыда бағалайды. Бөгеттермен және транзистор параметрлерінің шашумен күресу жолдарын ауданының шектелуімен және блоктың жылдам әрекет етуіне қарай максималды түрде жүргізеді. 

Электрлік сұлбалар мен топологияның өзара үйлесуін күшейту мен жедел әрекет етуіне бағдарлай отырып орындайды. Осындай өңдеу бағдарында бөгеттер мен шудың нақты мағынасы тесттік кристалдарды дайындаған соң тәжірибелік жолмен анықталады.

Дегенмен, қазыргі кезде АЖЖ-ның жаңа амалдарын қолдануға негізделген, аналогты сұлбалардың верификациялану әдістері дамып келе жатыр.

Аналогты КФ-блоктарын жобалаудың негізігі кезеңдерін қарастырайық:

• Есептеу – жобалардың оған дейінгі қалыптасқан мәндерімен параметрлерін болжау.

• Жүйелік модельді қалыптастыру. Сыртқы тізбектердің параметрлері мен қолданылу шарттарына болжаулар мен есептеулер жүргізу.

• Транзистор параметрлерін шашыраңқы орналастырудың мүмкін шамасына дейін бағалау есебін жасау.

• Электрлі қуатты бағалау мен тарату

• Электрлі сұлбаның бірінші нұсқасын дайындау

• Физикалық виртуалды түптұлғасын жүзеге асыру (жобаның топологиялық нобайы)

• Транзисторлардың, байланыс желілерінің, пассивті элементтердің параметрлерінің жөнделген есебі, статистикалық ауытқулардың болжамы.

• Кірістірілген бақылау құралдары және жөнделген параметрлері бар толық электр схемасын жасау.

• Модельдің статистикалық анализі.

• Шулар мен кедергілер есебі

• Модельдің сыртқы қоршаумен жұмыс анализі

• Блок топологиясын әзірлеу

• Модельді верификациялау

• Жоғарғы деңгей моделі мен спецификациясын әзірлеу

• Тестті крсталлды жасау және блокты куәландыру.

КФ-блок моделінің статистикалық анализі

Транзисторлар өлшемдерінің азаюы олардың параметрлерінің шашылуының артуына алып келді. Параметрлерінің шашылуы тіпті жақсы басқарылатын және тұрақты процесстер үшін де шарасыз. Аналогты блоктарда параметрлердің шашылуы «дәлдік – тез әрекет ету – қолданылатын қуат» арақатынасын анықтайтын басты фактор болып табылады. Элементтер параметрлерін статистикалық шашу есебімен аналогтық блоктарды модельдеу келесі мүмкіндіктерді береді:

• Транзисторлар көлемін және олардың өзара орналасыуын қолайлы таңдау жолымен физикалық құрылымның параметрлерін шашуға схеманың сезгіштігін азайтуға

• Әзірленіп жатқан блоктардың параметрлік сенімділігін арттыруға

• Қолайлы емес жобалау қаупін төмендетуге

Статистикалық анализ қорытындыларының жобаның табысты аяқталуына әсері элементтер өлшемінің азаюымен артады.

Статистикалық анализдың негізі белгілі техпроцесс үшін элементтер параметрлерінің шашуы жайлы берілген мәліметтерін дайындау болып табылады. Көптеген фабрикаларда параметрлердің шашу мөлшерін есептеуге арналған арнайы тестті кристаллдар бар. Анализ кезінде бір кристалл шегіндегі жергілікті шашуды және кристаллдар, пластиналар мен әртүрлі өндірістік топтағы пластиналар арасындағы ғаламдық шашуды ажыратады. Ғаламдық шашу өндірістік нормалармен шектелген. Егер физикалық құрылымның параметрлері осы нормалар шегінен шықса, онда пластиналар ақауланады. Жергілікті шашудың екі басты құраушылары бар: микроскопиялық және макроскопиялық. Шашудың микроскопиялық құраушысы ұқсас және жақын орналасқан элементтердегі параметрлердің физикалық құрылымының флуктуациясымен байланысты. Субмикронды МОП-транзисторлардағы бекітпе астындағы қышқыл қалындығы 5÷ 10 молекулалық қабатты құрайды, ал бекітпе астындағы кеңістіктік заряд аймағындағы қосындыланған қоспа атомдарының саны 1000-нан аз. Минималды өлщемді құрылғыларда статистикалық ток флуктуациясы бірлік проценттерді құрайды.

Шашудың макроскопиялық құраушысы микросхеманың физикалық құрылымының параметрлерінің жергілікті градиентімен байланысты. Параметрлер градиенті техпроцесстегі пластиналарды өндеу режимінің біркелкі еместігінің нәтижесі болып табылады. Технологиялық орнатулардың жұмыс камераларындағы температура, реагенттер шоғырлануы, фоторезист қалыңдығы, сәулелену қуатытарында сызықтық немесе орталық-симметриялық градиенттері бар. Технологиялық процесстер параметрлерінің градиенттері микросхема құрылымының біртекті еместігін тудырады. Өңдеу режимінің біртекті еместігі мен жұмыс камерасындағы пластина орнының әрекеттестігі пластинада макроскопиялық біртекті еместіктердің күрделі бедерін қалыптастырады. Бұл бедерде сызықтық және орталық-симметриялық құраушылар байқалады. Пластина шетінде біртекті еместік амплитудасы негізінде кенет артады. Макроскопиялық біртекті еместіктердің сипаттамалық өлшемдері жүз микрометрден жүздеген миллиметрлерге дейін.

Аналогты микросхемалар үшін ең маңызды бір функционалдық блокқа кіретін элементтер параметрлерінің келісілмеуі болып табылады. Элементтер параметрлерінің шашуының олардың өлшемдері мен кристаллда орналасуына тәуелділігі «Пелгром заңымен» көрсетіледі,

(5.1),

мұндағы – параметрлер әртүрлілігінің дисперсиясы - екі бірдей транзисторлар (немесе басқа элементтер) олардың арасындағы қашықтыққа тәуелді – D және олардың активті ауданы (L және W – элементтің ұзындығы мен ені). және – шашудың өлшенген өлшемдері негізінде тәжірибелі анықталатын параметрлер. (4.1) формуласы жақындатылған болып табылады және эффекттер қатарын есепке алмайды, мысалға, пластина шетіндегі шашудың артуы, элементтер арасындағы қашықтықтан дисперсияның сызықты емес тәуелділігі. «Пелгром заңының» келесі анықталуы эмпирикалық таңдалатын коэффициенттер мөлшерінің арту жолымен жүргізіледі. Бұдан анығырақ модельдері дисперсия үшін формулада 6 қосылғышқа дейін және 9 эмпирикалық таңдалатын коэффициенттер. Қарапайым және анықталған шашу модельдері ондаған проценттерге ерекшеленген баға беруі мүмкін, бірақ бірнеше есеге емес. Эмпирикалық коэффициенттерді анықтау уақыт пен бірталай шығындарды қажет етеді. Көптеген жағдайда схемотехникалық есептеу үшін қарапайым формула (5.1) қолданылады.

Ғаламдық шашу параметрлерінің есебі ретті орташалау әдісімен жүргізіледі. Алдымен көршілес кристаллдардағы элементтер параметрлерінің орташа мәндері салыстырады, содан кейін пластинаның көршілес аймақтарында, ары қарай бір топ пластиналарында, әртүрлі топ және т.б.

Микросхеманың физикалық өлшенетін элементтер параметрлерінің шашуы бірнеше құрылымдық параметрлерді өзгертудің нәтижесі болып табылады. Осылайша, өлшенетін параметрлер байланған болып шығады. Параметрлер байланысы статистикалық және ковариация мөлшерімен сипатталады

(5.2),

мұндағы x,y – өлшенген мәндер; n – өлшемдер саны; – x және y өлшемдерінің математикалық күтуі;. Әртүрлі параметрлерді салыстыру үшін корреляцияның өлшемсіз коэффициентін қолданған қолайлы

(5.3)

Параметрлер арасындағы статистикалық байланыс жалпы жағдайда сызықты емес. Бірақ орташа мәннен ауытқу негізінде көп емес (5÷15%) және тәжірибелік мақсаттар үшін параметрлердің статистикалық тәуелділігін сызықты деп, ал корреляция коэффициентін тұрақты және х пен у өлшемдеріне тәуелді емес деп есептеу келісілген. Жергілікті және ғаламдық шашу үшін корреляция коэффициенті бірдей.

Микросхеманы модельдеу үшін тестті құрылымның тікелей өлшенген параметрлерін қолдану іске аспайды. Статистикалық модельдеу элемент модельдерінің параметрлерін шашу негізінде жүргізіледі. Элемент модельдерінің параметрлері не тәуелсіз, не қатты байланған болатын физикалық құрылым параметрлерімен анықталады. Статистикалық модельдеу кезеңіне дайындық өзіне элемент модельдерінің параметрлері және арасындағы ең мағызды параметрлерді белгілеу үшін шашу есебін қосады. КМОП-схемаларын модельдеу кезінде құралдардың технологиялық шашу сипаттамасын анықтайтын 6÷8 басты тәуелсіз параметрлер белгіленеді. Басты параметрлер үшін ғаламдық шашу шекаралары мен Пелгром формуласындағы (5.1) эмпирикалық коэффициенттері орнатылады.

Схемотехникалық модельдеу кезінде, аналогтық блок параметрлеріне құрылымдық параметрлердің жергілікті және ғаламдық шашуының әсерін ортақ есептеу қажет. Жергілікті және ғаламдық шашу процесстері статистикалық тәуелсіз. Сондықтан кез келген параметрдің жалпы дисперсиясы жергілікті және ғаламдық дисперсиялардың қосындысына тең. Ғаламдық шашу схеманың барлық элементтеріне әрекет етеді, жергілікті тек функционалдық блок үшін ғана ескеріледі.

Аналогтық блоктың шығыс параметрлерінің статистикалық бөлінуін қарапайым кездейсоқ өлшемдерді іріктеу арқылы алу іс жүзінде мүмкін емес. Талап етілген есептеу көлемдері және олардың қорытындыларын өңдеу өте маңызды. Сондықтан статистикалық шашуды бағалау үшін бірнеше әдісті бірге қолданады.

Ең жаман жағдай әдісі n кіріс басты тәуелсіз параметрлері үшін 2ⁿ – схема есептеу нұсқаларын талап етеді. Есептеу басты параметрлердің олардың математикалық күтуінен максималды ауытқу жағдайы үшін жүргізіледі. Есептеу қорытындысы математикалық күтуге сәйкес келетін құрылымның басты параметрлерінің өлшемдерін орнату кезінде алынған мәннен блоктың шығыс параметрлерінің максималды ауытқуы болып табылады.

Параметрлар шекарасы әдісі ең жаман жағдай әдісінің түрі және n кіріс параметрлері үшін 2ⁿ есептеу нұсқасын талап етеді. Есептеу басты параметрлердің біреуінің ғана максималды ауытқуы жағдайы үшін жүргізіледі. Қалған параметрлардың мәндері олардың математикалық күтуіне тең өлшемдермен беріледі.

Аналогтық блоктың шығыс параметрлері сонымен бірге статистикалық өлшем де болып табылады. Тәжірибелік маңызды есеп үшін шығыс параметрларын бөлу заңы әрдайым дұрыс деп қарастырылады. Нормалық бөлуден ауытқу аз және схемотехникалық есептеулерде ескерілмейді. Шығыс параметрларының дисперсиясын әйгілі әдістер немесе модельдеуді қолдана отырып, аналитикалық жолмен бағалауға болады.

Транзисторлар саны жүзден көп күрделі схемалар үшін есептеу көлемі апатты өседі. Күрделі схемалардың параметрлерінің шашуын бағалау үшін декомпозиция қағидасы қолданылады. Схеманың иерархиялық моделі құрылады, статистикалық бірдей тізбектер белгіленеді, сигнал өтуінің қиын жолдары, ұқсас фрагменттердің статистикалық корреляциясын бағалау жүргізіледі. Микросхемадағы көптеген ұқсас функционалдық блоктардың айырмашылығы аз статистикалық параметрлері бар екені эксперимент ретінде орнатылған. Бұл негізінде сандық элементтерге тән. Бір тізбекте негізінде статистикалық әртүрлі блоктар аз. Күрделі схемаларда, қағида бойынша, параметрлер шашуы схеманың шығыс параметрлерінің шашуына әсері өте аз болатын фрагменттері бар. Аналогтық блоктың шығыс параметрлері тәуелді болатын сигнал өтуінің қиын жолын бір уақытта белгілеуге болады. Қиын жолдар бірнеше болуы мүмкін. Жергілікті және ғаламдық шашу факторлары аналогтық блоктардың шығыс параметрлеріне әртүрлі әсер етеді. Олардың әсерінің анализін бөлек жүргізуге болады. Анализ жасалатын фрагменттердің декомпазициясы мен статистикалық анализдың иерархиялық схемасын бірге қолдану бірнеше ретке есептеу көлемін қысқартуға мүмкіндік береді.

Самотехникалық анализдың қарапайым құралдары статистикалық есептеулер үшін келмейді. Әдіснамалық түрде ең дұрысы аналогтық блоктың шығыс параметрлерінің статистикасын кездейсоқ сандарды қарапайым іріктеу арқылы бағалауға мүмкіндік беретін, Cadence фирмасының Ultrasim типті жылдамдық аналогтық симуляторын қолдану болып табылады. Статистикалық анализдың арнайы бағдарламаларын қолдану аналогтық блоктың шығыс параметрлерін шашуды бағалау тәртібін жеңілдетеді. Silvaco фирмасының SPAYN бағдарламасын және Celestry фирмасының SIGMAP бағдарламасын белгілеп көрсетейік.

Уақыттың және есептеу қорларының үлкен шығындары аналогтық блоктардың толық статистикалық анализын жүргізуге қиындық тудырады. Осы себепке байланысты модельдеудің бірыңғай тәсілі жоқ. Бірақ схема анализының бұл кезеңін заманауи жағдайларда ескермеу мүмкін емес. Қарапайымдалған модельдеуге минимум дегенде параметрлер шекарасы әдісімен ғаламдық шашу әсерін бағалау және жергілікті шашу кезінде қиын жолдарда жатқан фрагменттер үшін дисперсияларды қосу тәсілімен параметрлердің келісілмеуінің есепке алынуы кіреді.

Сыртқы тізбектердің әсерін есепке алу

Барлық КФ-блоктардың КЖ кристаллының шегінен тыс орналасқан элементтермен байланысы бар. Корпус құрылымындағы және баспа платадағы өткізгіштер өлшемдері микросхема кристаллындағы элементтердің размерлерінен бірнеше рет асады. Сәйкесінше, олардың индуктивтілігі мен сыйымдылығы артады. Кристаллдағы жүйе мен сыртқы тізбектердің өзара әрекет анализі құрылымдық жобалау мен жүйелің модельдің верификация кезеңдерінде орындалады. КФ-блоктарды жасау кезінде құрылым бөлшектері әлі белгісіз, бірақ көптеген сыртқы тізбектердің сипаттамаларын болжау жеңіл. Қолданылатын корпустардың шығыс параметрлерін өлшеуге немесе есептеуге болады, ал КФ-блоктардың сыртқы тізбектерге қосылуының мүмкін варианттары техникалық есеппен немесе спецификациямен анықталған.

Қуат көзінің тізбектеріне ерекше назар аудару қажет. Кристаллдағы қуат көзі шиналарынының, Омның ондық бөлігімен өлшенетін, бірталай кедергісі болуы мүмкін. Бір корпус шығысының индуктивтілігі 10 нГ-ге дейін. Сандық элементтердің қуат көзі тізбектеріндегі импульстық кедергілерінде вольттың бірнеше ондық бөлігіндегі және 20%-ға дейінгі логикалық айырымындағы өлшемдер бар. Негізі мұндай кедергілер аналогтық блоктардың қуат көзіне мүлдем қолайсыз. Қағида бойынша, аналогтық блоктың қуат көзі тізбектері сандық қуат көзінен бөлінген.

Ақпараттық сигналдар микросхемалар арасында сыртық сигналды тізбек бойынша жіберіледі. Ақпаратты жіберу жылдамдығы жартылай өткізгіш технология мүмкіндіктері емес, сигналдық тізбектер сипаттамаларымен шектеледі. Аналогты микросхемаларда жоғары жиілікті сигналдық тізбектердің импеданстарының келісу элементтері арнайы есептелінеді. КЖ аналогтық блоктары мамандандырылған микросхемаларға қарағанда қиын жағдайларда орналасқан. Біріншіден, оларға КЖ-ның басқа КФ-блоктарының кедергілері әсер етеді. Екіншіден, жоғары жиілікті аналогты КФ-блоктарды жобалау кезінде сигналдық тізбектердің анық параметрлері алдын ала белгісіз, сонымен қатар корпустың реактивті шығыс параметрлері де. Байланыс желілеріндегі аналогтық сигналдың бұрмалануы электрондық құрылғының тұтынушылық сапасына тікелей әсер етеді. Аналогты сигналдарты қабылдаушы мен таратқыш импеданстарының байланыс жолдарының импеданстарымен келісілуі қосымша сыртқы элементтерді қолдануды немесе КЖ кристаллындағы импедансты басқаратын арнайы блоктарды талап етеді.

Тағы бір проблема микросхеманың электростатикалық токтан айырылуға шыдамдылығымен байланысты. Токтан айырылудан қорғану –схемаға, шамадан артып кеткен немесе схема шығысы арқылы электростатикалық токтан айырылу жағдайында микросхеманың кірісі мен шығысын қуат көзі тізбектерімен тұйықтайтын, қорғаныс элементтерін енгізумен жүзеге асырылады. Нормалы жұмыс режимінде электростатикалық токтан айырылудан қорғайтын элементтер схемаға минималды әсер көрсетуі керек. Проблема дәл осы әсерде болып тұр. Ток разряды 2А асуы мүмкін. Қорғаныс элементі 2÷3Ом жалпы кедергі болу керек. Қорғаныс элементтерінің өлшемдері және оған сәйкес келетін сыйымдылық разрядтың максималды тогымен анықталады. Қорғаныс элементтері кіріс және шығыс тізбектеріне қосымша 0,5 ÷ 1,0пФ сыйымдылық кіргізеді. Сигналдық тізбектердегі қосымша сыйымдылық келісілген импеданстарға кедергі болады. Кейде жұмыс жиілігін арттыру үшін электростатикалық токтан айырылуға тұрақтылықты қию керек.

Физикалық жобалау

Аналогты микросхемалар және КФ-блоктарды физикалық жобалау кезеңінің басты айырмашылығы құрылғы параметрлері тең дәрежеде электр схемасынана да, физикалық жүзеге асырудаға да байланысты. Схемотехникалық және физикалық жобалау бірыңғай итеракциялық циклға және иерархиялық жоба жоспарына байланысқан. Бұл итеракциялық циклда электр схемасының және топологияның ортақ оңтайландырылуы жүргізіледі. Сонымен бірге самотехникалық модельдеудің циклы элемент параметрлерін анықтау және олардың әрекеттестік факторлары циклымен алмасып отырады. Циклдар арасындағы аралықта электр схемасын және блок топологиясын түзету жүргізіледі.

Әзірлеушілер блокты оңтайландыру барысында қол жеткізгісі келетін мақсаттар:

• Тез әрекет еті және қолданылатын қуат көрсеткіштерінің жақсаруы.

• Шу мен кедергі деңгейінің төмендеуі.

• Блоктың шығыс параметрлерінің шашуының төмендеуі.

• Қолдану шарттарының әсерінің төмендеуі және блоктарды қолдану шарттарына талаптарды орнату.

Қойылған мақсаттарды орындау үшін жобалау маршрутын және операция реттілігін сақтау керек:

• Аналогтық блоктың параметрлер жүйесінде артықшылықтарды орнату. Барлық параметрлерді бір уақытта жақсарту мүмкін емес. Екінші дәрежелі параметрлер үшін тек шекаралық мәндерді орнату керек.

• Технологиялық тесттердің қорытынды анализдерін жүргізу. Фабрикалар үнемі тестті кристалдар параметрлерін өлшеуді жүргізеді және бұл ақпаратты әзірлеушілерге беруі мүмкін.

• Блоктың шығыс параметрлерін анықтайтын қиын түйіндер мен фрагменттер тізімін белгілеу. Барлық түйіндер мен фрагменттер үшін дәлдік, кедергіге төзімділік, шу коэффициенті бойынша градацияны орнату.

• Қолдану шарттарын бағалау және қолдану бойынша ұсыныс дайындау. Минималды жұмыс температурасы, шу және кедергі деңгейі мықты сигналдың қуат көздерінен алшақталған кристалл шетінде болады. Минималды температура градиенті және элемент параметрлерінің ең жақсы көрсетілімі негізінде кристалл центрінде байқалады. Критикалық түйіндерден жылу шығаратын элементтерге және қуатты кедергілі қуат көздеріне дейінгі мүмкін болатын минималды қашықтықты орнату керек.

• Есептеуді жүргізу үшін заманауи АЖЖ құрылғыларын қолдану.

• Физикалық табиғаттың шуларын төмендету үшін негізінде схемотехникалық құрылғылар қолданылады. Ерекшелік оңашаланған аймақтардың жойылуымен байланысты бытыралы шу болып табылады. Оңаша аймақта беттік және көлемдік күйлі заряд тасушыларды босату және басып алу төменгі жиілікті шулардың күшті қуат көзін құрады. Жойылуға қарсы күрес топологиялық құралдармен жүргезеледі:

• МОП-транзисторлар айналасында оңашаланған қоспалы қорғау сақиналары құрылады. Кеңістіктік заряд стогы мен қорғау сақинасының аймақтары қабысады. Сток кернеуі кеңістіктік зарядтың екі аймағының арасында бөлінеді, ал электр өрісінің кернеулігі және жойылу тогы азаяды.

• Жойылуды төмендетудің екінші жолы – МОП-транзисторлардың сақиналы шоғырлы құрылымын қолдану. Стоктың домалақ аймағы сақиналық бекітпемен қоршалған, және сток аймағы ешқай жерде оңашалау бүйірі аймағымен жанаспайды.Сақиналық құрылым нұсқасы ретінде аралар ұясы түрінде транзисторлар топологиясы мүмкін, онда ұяшық бөлігі – исток, қалған бөлігі – МОП-транзисторлардың стогы.

• Егер исток және стокқа омикалық байланысты (омический контакт) қалыптастыру кезінде металл силицидтарының қабаттары қолданылса, онда оны оңашалау шекарасынан жойған дұрыс. Силицид қабаттары электр өрісінің кернеулігін және оңашалау аймағындағы беттік дефектілер шоғырлануын арттыра отырып, жойылуларды өршітеді.

• КЖ-мен жұмыс істеу кезінде пайда болатын шулармен күрес әдістері жоғарыда қарастырылып кеткен. Оларды жалпылық мазмұндау үшін атап көрсетейік. Жоғары жиілікті элемент оңашалануына кіреді:

• МОП-транзисторлардың толық оңашалануын қарастыру;

• Поликремнийлі резистрлер мен оңашаланған қабықшалы конденсаторды қолдану;

• Қорек көзінің тізбектерін бөлу.

• Элементтерді экрандауға керек:

• астарды аналогтық блоктың жерленуіне қосу;

• элемент және схема түйіндері айналасында қорғау сақиналарын құру;

• сигналдық байланыс деңгейлерін металлданған экрандар деңгейімен бөлу;

• әрбір фрагмент және блокты қуат көзінің шинасы мен жерленуге қосу, бір өткізгішпен және бір орында жасалады.

Аналогтық блоктардың шығыс параметрлерін шашуды төмендету үшін құрылымдық элементтердің топологиялық жобалаудың арнайы әдісі қолданылады. Топологиялық біртекті элементтер үшін шашуды төмендетудің басты амалын белгілейік.

• Элементтердің секциялануы және олардың тізбекті-параллельді қосылуы.

• «Центроид» типті құрылым, онда бірнеше элементтердің секциялары тікбұрыш жазығында біркелкі орналасқан. Микросхеманың әрбір элементі барлық элементтердің «массалар центрі» тікбұрыш центрімен сәйкес келетіндей секциялар бірігуімен алынады.

• «Центроид» жазығында секция параметрлерінің бәртектілігі жақсарады, егер шеткі секциялар жалған болып, қолданылмаса.

• «Центроидтағы» элемент параметрлерінің шашылуы секцияны біріктіретін өткізгіштің әртүрлі кедергілерімен шақырылуы мүмкін. Өткізгіштер кедергісін түзету үшін металлизация деңгейлері арасындағы өтпелі терезелер санын азайту немесе оларды алып тастау. Өтпелі терезелерді алып тастауға болмайтын жерлерде дубляждау. Мүмкіндік бойынша әрбір элементтегі өткізгіштерді біріктіретін жалпы ұзындықты түзету.

• Резисторлардың температуралық тәуелділігін азайту әрбір секцияда әртүрлі полярлықты температуралық коэффициенттерінің өлшемдері бар екі резисторды қолданумен қол жеткізіледі. Поликремнийлі резисторлар температуралық коэффициент таңбасын қоспа типі мен деңгейіне байланысты өзгереді.

• Түйіндер мен фрагменттердің аса дәл жалғастыра салынуы микросхеманы бақылау пройесі негізінде орындалады. Ол үшін оның құрамына бағдарламаланған энергияға тәуелсіз жадты блок енгізіледі. Жад элементтері микросхема элементтеріндегі қосымша жалғастырылып салынған секцияларды шығарылып тасталатын немесе қосылатын аналогтық кілттерді коммутациялайды.

• Егер схеманың бір фрагментінде затвор ұзындығы әртүрлі МОП-транзисторларды қолдану қажет болса, онда транзистордың әрбіреуі бірдей секциялардан тізбекті немесе параллельді байланыс жолымен құралуы қажет.

• Параметрді шашуды азайтудың барлық әдістер жиынтығын қолдану міндет емес. Параметрлердің ұқсастығына талап деңгейі шашуды азайтуға арналған қажет құралдарды да анықтайды.

Жоғары деңгей моделі

Кристаллдағы жүйені модельдеу тек қана жоғары деңгей моделі негізінде орындалады. Аналогтық блоктар мінез-құлықтық модельдермен Verilog-A, Verilog-AMC және VHDL-AMS телдерінде сипатталады. Қазіргі кезде жоғарғы деңгей тіліндегі сипаттауды электр схемасына немесе керісінше автоматты ауыстыруды қамтамасыз ететін бағдарлама жоқ. Мінез-құлықтық модель сапасы, оның шынайы схемаға барабарлығы жасаушының тәжірибесі мен өнеріне байланысты анықталады. Қарапайым аналогты блоктарды олардың транзисторлық деңгейде модельденуі қорытындыларына сәйкес икемдеуді қамтамасыз ететін бағдарламаларды жасау жүргізілуде.

Мінез-құлықты модельдерді жасаудың негізгі принципі – бұл толық схеманы декомпозициялау және аса үлкен емес схемалық фрагменттерді олардың мінез-құлықты сипаттамаларымен ретті алмастыру. Заманауи симуляторлар транзисторлық және мінез-құлықтық модельдердің сәйкестігін қастамасыз етеді. Мінез-құлықтық модель деңгейінде аналогтық және сандық блоктардың бірге жұмыс істеуі құрылымдық схемаға математикалық аналогты-сандық және сандық-аналогты түрлендіргішті енгізуді қамтамасыз етеді. Адекватты мінез-құлықтық модельдерді жасау схемотехниканың дербес бөлімі болды және жасаушылардың бөлек мамандануын талап етеді.

Аналогты блоктарды куәландыру

Тестті кристаллдар құрамындағы аналогтық блоктарды куәландыру оларды жасаудағы міндетті кезең болып табылады. Заманауи аналогты КФ-блоктарды макетті жүзеге асыру физикалық тұрғадан мүмкін емес, ал компьютерлік модельдеу кейбір жуықтаулар негізінде орындалады, сондықтан шығыс параметрлерінің анық мәндері тек эксперименталды түрде орнатылуы мүмкін. Сонымен қоса жобадағы қателер қаупі жоғары.

Фабрикалардың көпшілігі мезгілді жинақталған тестті партияларды шығарып отырады. Тапсырыс беруші партия құнының жартысын ғана төлеп, тестті кристалдарды жасауға мүмкіндігі бар.

Аналогтық блок параметрлерін өлшеу тағы бір маңызды проблема болып табылады. Аналогтық схемаларды бақылау үшін әмбебап тестерлер немесе стендтар да жоқ. Параметрлерлі өлшеу әмбебеп өлшеу құралдары жинақталған стандартты емес стендтарды қолданумен жүргізіледі. Жиілігі 100МГЦ-дан төмен сигналдар үшін кейінгі қорытындыларды компьютерлік анализбен аналогты-сандық және сандық-аналогты түрлендіргіш көмегімен сигналдарды тіркеу және құру мүмкін. Микроқуатты және жоғары жиілікті шығыс сигналдарының параметрлерін тікелей өлшеу әрдайым іске аспайды. Мұндай жағдайда құрылғыны тексеру тек қана интегралдық жұмыс істеу сипаттамаларын бағалаумен жүзеге асырылады.

Аналогтық блоктарды куәландыру рәсімін елеулі жеңілдетуге болады, егер тестті кристал құрамына куәландырылған бұрында кірістірілген бақылау құралдары енгізсе. Бұндай құралдарға аналогтық кілттерді, аналогтық сигналдарды таңдау және сақтау құрылғылары, аналогты-сандық және сандық-аналогты түрлендіргіштерді жатқызуға болады. Осы амал стандартты емес стендтің кедергіге ең сезімтал бөлігін тікелей тестті кристаллда жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Бақылаудың кірістірілген құралдары өлшеу кезінде КФ-блок жұмысының шарттарын КЖ кристаллындағы шарттарға жақындатуға мүмкіндік береді.

Аналогтық КФ-блоктар мен тапсырыс берілген АЖЖ жобалаудағы өзгешеліктер

«Кристаллдағы жүйе» үшін аналогты КФ-блоктарды жасау қарапайым аналогты микросхемаларды жасаумен көп ортақ кезеңдері бар. Жобалау маршруты жақында аяқталған жобалар анализіне негізделеді, және шешім қабылдаудағы шешуші рольді құрылғы параметрінің есептеу-болжамы орындайды. Ең қиын кезең – бұл электр схемасы мен топологияны ортақ параметрлік оңтайландыру.

КФ-блоктарды жобалау маршрутының тапсырыс берілген микросхемаларды жобалау маршрутынан негізгі өзгешеліктер тізбегі бар:

• Технологияны таңдау мүмкіндігі жоқ. Керісінше, КФ-блок берілген техпроцесс бойынша жасалады.

• КЖ құрамындағы КФ-блоктың шынайы айналасы өзгеретіндіктен, кедергінің шын моделін жасау мүмкін емес. Кедергіге төзімділік қорын қамтамасыз ету қажет.

• КЖ-ның өндірістік негізі субмикронды өлшемді КМОП-техпроцесстары болғандықтан, элемент параметрлерінің шашуы кенет артады.

• Технологиялық параметрлерді шашуды ескеретін блокты статистикалық модельдеу міндетті кезең болды.

• Тағы бір міндетті кезең жоғарғы деңгейдегі (Verilog-AMS, VHDL) тілді қолданатын мінез-құлықтық модельді жасау болып табылады.

• КФ-блокты куәландыру және оның параметрлерін КЖ кристаллдағы шарттарға жақын шарттармен өлшеу, кірістірілген басқару құралдары бар арнайы тестті кристаллды жасауды талап етеді.